廢鉛膏連續超聲脫硫裝置的製作方法

2023-05-02 02:37:31 2

專利名稱：廢鉛膏連續超聲脫硫裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於廢鉛酸蓄電池處理技術領域，具體涉及廢鉛膏脫硫裝置。
背景技術：
目前，隨著汽車產量和使用量的大幅增加，車用鉛酸蓄電池的廢棄量日漸成為一 種嚴重威脅和影響環境的固體廢物源。同時，廢棄鉛酸蓄電池中有用金屬，特別是數量很大 的鉛金屬，又是一種重要的資源。圍繞保護環境，充分回收利用資源，針對如何處理固體廢 鉛酸蓄電池，已經產生了很多工藝技術。其中主要有火法、溼法及火法與溼法相結合等方 法。由於所有廢鉛酸蓄電池中均有硫酸，因此這些方法一般首先均要對其實施脫硫，即又出 現不同的廢鉛膏脫硫轉化的工藝和技術方法。 廢鉛膏脫硫常採用間歇反應釜為CN1846005A中將原料廢鉛膏和兩種脫硫劑按 比例一次加入圓柱形反應器內，經90分鐘左右完成脫硫反應後出料。整個脫硫過程實質上 是間歇的。CN1248801A中，將磨碎的廢鉛膏物料與脫硫劑碳酸銨，還原劑亞硫酸銨同時加入 脫硫反應釜，在55t:下攪拌1 2小時後同時完成了脫硫和還原轉化，再經板框過濾分離液 固相。整個脫硫過程也是間歇的。CN1165886A中將處理後的廢鉛膏置於脫硫槽中，加入脫 硫溶液在脫硫槽中浸泡2 4天，或加熱50 6(TC條件下浸泡1 5小時後，再經過濾幹 燥，整個脫硫過程也是一種間歇方法。 廢鉛酸蓄電池的鉛膏脫硫具有物料大進大出的特點，採用間歇法時，則要求反應 釜或槽體積較大一次加入物料量較多。廢鉛膏脫硫化學反應是固液反應過程要求固體物料 在釜或槽內的懸浮分散性好，且不易沉澱。這就要求反應釜或反應槽內的攪拌裝置具有相 適應的漿型和攪拌強度。否則，難以使固相物料始終處於懸浮態，一旦形成含鉛物質沉澱， 反應環境相對惡化，欲使之再懸浮起來則動力消耗更大，最終的結果是能耗增加。反應體系 中物料濃度和反應條件是不停變化的易於形成局部差異，惡化操作過程和控制指標，甚至 導致結果難以達到要求。另外，間歇法每批產品的質量是不可能保持一致的，導致後續加工 工序的控制條件需不斷調整，操作過程穩定性受影響。最終的直接結果是能耗必然較高，產 品質量有差異甚至惡化。間歇法還存在設備體積大，佔地面積大，投資相對較高；設備有效 工作時間短，主要時間用在加料、洗釜、調整過程中，生產效率低。再則間歇法的操作環境一 般都較差，勞動強度相對較大。

實用新型內容本實用新型的目的在提供一種廢鉛膏連續超聲脫硫裝置，該裝置具有生產成本 低、佔地面積小、生產效率高的特點。 為了實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案是廢鉛膏連續超聲脫硫裝置， 其特徵在於它包括連續反應器和超聲波裝置；連續反應器包括箱體、隔板、進料通道板、箱 蓋、加熱器、攪拌器、溫度控制器，箱體內的空腔由隔板分隔成n個反應室(或稱n個反應 槽)，所述的n為3 12 ;進料通道板為U形，每一個反應室內固定有一進料通道板；第1反應室內的第一進料通道板與箱體固定連接構成第一進料通道，第一進料通道的上端為進料 口，第一進料通道的下端為出料口 ；其餘進料通道板分別固定與反應室序號相鄰的隔板上 構成進料通道(如第二進料通道板固定第1反應室與第2反應室相鄰的隔板上)，進料通 道的上端部的隔板上設有溢流口 ，溢流口為進料通道的進料口 ，進料通道的下端為出料口 ， 出料口位於反應室內的下端部；第n個反應室的箱體上端部設有出料口 ；每個反應室內均 設有加熱器、攪拌器的攪拌漿、溫度控制器的溫度傳感器，箱蓋擱置在箱體上，加熱器、攪拌 器、溫度控制器分別設在箱蓋上；超聲波裝置的變幅杆裝在箱體內或裝在箱蓋上。 連續反應器的外形為長方形或圓形。外形是長方形的反應器的多個反應室(級) 可以設計製成U形排列(見圖l)，也可為直形排列。外形是圓形的反應器的多個反應室 (級)可以設計製成同心圓環間隔排列方式成所需的多個反應室。 廢鉛膏連續超聲脫硫工藝，它包括如下步驟 1).脫硫劑選用碳酸鈉或碳酸銨，按脫硫劑中的Na離子或(NH》2離子與廢鉛膏中 的S離子的摩爾配比為1.2 2.2 : l(即整個工藝過程中總的Na離子或(NH》2離子與S 離子摩爾配比)，選取脫硫劑和廢鉛膏，備用； 2).將廢鉛膏和脫硫劑與水一起在製漿槽中製成固液重量比S/L = 3/5 4/5的 流動性漿料； 3).在超聲波的條件下，將流動性漿料由第1反應室(或稱第1反應槽)內的下端 部進入第1反應室內加熱、攪拌； 然後從第1反應室的上端部溢流口排出，由第2反應室(或稱第2反應槽)內的 下端部進入第2反應室內加熱、攪拌； 依此連續流動完成反應和出料； 最後從第(n-l)反應室的上端部溢流口排出，由第n反應室(或稱第n反應槽) 內的下端部進入第n反應室內加熱、攪拌，從第n反應室的上端部出料口排出；所述的n為 3 12。 所述的廢鉛膏由廢鉛酸蓄電池破碎而成。 所述的超聲波的工作波頻設置在25 80kHz，功率為4 7kw/m3料漿(即每立方
米流動性漿料所需功率為4 7kw)。 所述的攪拌的轉速為300 1000轉/min。 所述的n為6。 所述的加熱為第1反應室的溫度控制在30 4(TC，第2、3、4反應室的溫度控制 在55 75 °C ，第5 、 6反應室的溫度控制在60 75t:。n大於6時，第6 n反應室內的溫 度控制在60 75°C。 所述的第1、2反應室內流動性漿料停留時間為3 8min ;第3、4反應室內流動性 漿料停留時間為4 10min ;第5、6反應室內流動性漿料停留時間為10 15min。 n大於6 時，第6 n反應室內流動性漿料停留時間為10 20min。 所述的第1反應室內流動性漿料中的Na離子或(NH》2離子S離子為1. 2 1.5 : 1 ;第2、3反應室內流動性漿料中的Na離子或(NH》2離子S離子為1.3 1.9 : 1; 第4反應室至第n反應室內流動性漿料中的Na離子或(NH4)2離子S離子為1. 7 2. 2 : 1。[0022] 所述的第1反應室內流動性漿料中的pH = 8 11 ;第2、3、4反應室內流動性漿 料中的pH = 7. 5 8 ;第5、6反應室內流動性漿料中的pH = 7. 2 7. 8 ;從第n反應室的 上端部出料口排出的料的pH控制在7 7. 2。 n大於6時，第6 n反應室內流動性漿料 中的pH = 7. 2 7. 8。用氫氧化鈉或者硫酸調節pH值。 從第n反應室的上端部出料口排出的料可以分成兩股流，一股去過濾為脫硫後的 鉛膏成品和液相去回收化2504 ;另一股作為返料回到第1、2、3……或(n-l)反應室以改善物 流性質，返料控制在出料口排出的料的1/3 2/3。 基本原理 廢鉛膏脫硫的化學原理是以碳酸鈉或碳酸銨等作脫硫劑，與廢鉛膏中的硫酸鉛進 行置換反應形成碳酸鉛沉澱的化學過程。 PbS04+Na2C03 ((NH4) 2) C03) — PbC03 I +Na2S04 ((NH4) 2) S04)， 過程的工藝是將廢鉛膏用水製成一定濃度的流動性漿料，再將碳酸鈉或碳酸銨分 批加入料漿中，使上述反應在反應設備中並控制在相適應的條件下發生並完成，生成的硫 酸鉛與固體沉澱物，硫酸鈉或硫酸銨則溶解在液相中，將二相進行液固分離，即獲得符合要 求的碳酸鉛固體產品。溶解在液相中的硫酸鈉或硫酸銨進行後處理得到硫酸鈉或硫酸銨副 產物。 本實用新型的特點是 1)將傳統的間歇批次加料，均混反應完成後一次整釜出料過程。改為在連續設備 中分室(級)連續加料，連續完成反應均衡出料。改傳統的反應釜上部進料、下部出料為下 部進料而上部溢流口出料。 2)各反應室(級)之間的物料不返混；各室(級)內進出口物料不走短路，以保 證連續穩定流動，保證不間斷地加料、反應和出產品。 3)將間歇單體反應釜設計製造成連續串聯多槽反應器(即連續反應器)。連續反 應器的槽數大於2，外形可以是長方形或圓形。外形是長方形的反應器的多個反應室(級) 可以設計製成U形排列(見圖l)，也可為直形排列。外形是圓形的反應器的多個反應室 (級)可以設計製成同心圓環間隔排列方式成所需的多個反應室。 4)各反應室的反應物料入口均設計製成從底部或漿葉處進料，再平行由下向上溢 流進入下一反應室。各反應室(級)的物流順序號1、2、3、4……n。 n是最後一反應室。 5)各反應室(級)攪拌、控速、加熱、測溫等裝置均設計製成各自完全獨立，便於操 作，當需要時進行各自的任意調節控制(見圖2)。 6)超聲波裝置的形式可以是與反應器整體外形和體積相一致的內置廂式結構，波 發生器變幅杆可以裝在廂體內，也可以裝在反應器各反應室箱體外的上邊(箱蓋上)，直接 對反應物液相進行超聲波誘導，並提供波能給液相中的反應物。超聲波的工作波頻設置在 25 80kHz 。 7)超聲波裝置的功能設計為自帶加熱系統溫度可控可調，超聲波頻可調，功率可 調，波發生的時間可控可調。超聲波誘導並不影響連續運行過程與控制。它的主要優越性 是具有加快反應速率，使反應過程中物料的停留時間縮短的功效。在最終產品中殘硫完全 達到要求的前提下，可降低物料中的Na離子或(NH4)2離子與S離子的摩爾配比比值，從而 節約脫硫劑用量，減輕後處理費用，最終達到降低運行和原材料成本的目的。因此不採用超聲波誘導的連續反應器和運行過程，也可以使產品中殘硫達到指標要求。只是不具備採用 超聲波誘導後的上述優點，且運行費用和原材料綜合成本高出20% 30%。 本實用新型的有益效果是 1.本實用新型採用連續反應器後，減少了設備的臺套數，節約1/2以上的佔地面 積，節約設備投資。現有的間歇法生產過程需根據規模設置多臺套設備並行運作，利用率 低。而本實用新型的連續法不用專門的進料出料時間，反應設備沒有不運行間歇空擋，設備 運行的時間、空間利用率大幅提高。與同等生產規模比較，本實用新型的連續法一般可節約 1/2 2/3的佔地面積，總的設備投資也可省15% 30%。 2.連續運行和進出料近乎於平行流，使反應推動力增加，加快了反應速率，縮短了 運行時間和降低了成本。連續運行過程中脫硫劑是以不同濃度分布在不同的反應室(級) 中。沒有未反應物返混現象，使反應過程的區間反應物濃度差增大，反應過程推動力增加。 由此可提高反應速率和反應物的轉化率。 3.操作條件連續穩定，產品質量的一致性好；過程連續運行後，在各反應室的操 作條件均相對穩定；在穩定條件下生產的產品連續流出，其質量是一致的。而現有間歇法在 反應過程中的條件是不斷變化的，各釜最終產品質量是不完全一樣的，對後續運行會產生 不利影響。 4.增加超聲波誘導，加快了反應達到了平衡的速率、進一步縮短了反應時間、提高 了設備的利用率、降低了操作的運行費用約20 35%。 5.增加超聲波誘導和反應過程吸收超聲波能量，可最大限度的提高脫硫劑的利用 率，相對的降低了脫硫劑的用量，降低了原材料和後處理的成本。現有間歇法生產中為了達 到產品對含硫的要求，降低殘硫含量，總是以增加過量脫硫劑為代價，這一做法不僅增加了 脫硫劑的用量和原材料成本，同時反應後多餘的脫硫劑在液相中經後續工序再處理回收， 進而增加了處理過程中添加物量的成本和運行費用。與之相比較，本實用新型應用超聲波 設備後，脫硫劑的用量可減少約10% 15%。 6.連續運行過程的機械化程度提高，勞動強度降低，操作和勞動環境改善。 7.用連續加超聲波誘導方法，可將廢鉛蓄電池的鉛膏中的含硫量脫出93% 94%，使殘硫含量約為0. 5% 0. 7%。

圖i是本實用新型實施例1裝置的結構示意圖； 圖2是圖1沿A-A線的剖視圖； 圖3是本實用新型實施例1裝置的進料通道板的結構示意圖； 圖4是本實用新型實施例3裝置的結構示意圖； 圖中，1 :第1反應室，2 :第2反應室，3 :第3反應室，4 :第4反應室，5 :第5反應 室，6 :第6反應室；7 :連續反應器，8 :超聲波裝置，9 :隔板； 1-1 :第一進料通道板，1-2 :第一加熱器，1_3 :第一攪拌漿，1_4 :第一溫度傳感器， 1-5 :返混通道口 ；2-1 :第二進料通道板，2-2 :第二加熱器，2_3 :第二攪拌漿，2_4 :第二溫 度傳感器；3-1 :第三進料通道板，3-2 :第三加熱器，3-3 :第三攪拌漿，3_4 :第三溫度傳感 器；4-1 :第四進料通道板，4-2 :第四加熱器，4-3 :第四攪拌漿，4_4 :第四溫度傳感器；5-1 :第五進料通道板，5-2 :第五加熱器，5-3 :第五攪拌漿，5-4 :第五溫度傳感器；6-1 :第六進料 通道板，6-2 :第六加熱器，6-3 :第六攪拌漿，6-4 :第六溫度傳感器，6-5 :出料口。
具體實施方式為了更好的理解本實用新型，下面結合實施例進一步闡明本實用新型的內容，但 本實用新型的內容不僅僅局限於下面的實施例。
實施例1 : 如圖1、圖2、圖3所示，廢鉛膏連續超聲脫硫裝置，它包括連續反應器和超聲波裝 置；連續反應器包括箱體、隔板、進料通道板、箱蓋、加熱器、攪拌器、溫度控制器，箱體內的 空腔由隔板9分隔成6個反應室(或稱6個反應槽)；進料通道板為U形，每一個反應室內 固定有一進料通道板(第一進料通道板l-l，第二進料通道板2-l，第三進料通道板3-l，第 四進料通道板4-l，第五進料通道板5-l，第六進料通道板6-l);第1反應室1內的第一進 料通道板1-1與箱體固定連接構成第一進料通道，第一進料通道的上端為進料口，第一進 料通道的下端為出料口 (出料口位於反應室內的下端部)；其餘進料通道板分別固定與反 應室序號相鄰的隔板上構成進料通道(如第二進料通道板固定第1反應室與第2反應室相 鄰的隔板上)，進料通道的上端部的隔板上設有溢流口 ，溢流口為進料通道的進料口 ，進料 通道的下端為出料口 (出料口位於反應室內的下端部)；第6個反應室的箱體上端部設有 出料口 6-5 ;每個反應室內均設有加熱器、攪拌器的攪拌漿、溫度控制器的溫度傳感器(第 一加熱器1-2，第二加熱器2-2，第三加熱器3-2，第四加熱器4-2，第五加熱器5_2，第六加 熱器6-2 ;第一攪拌漿l-3，第二攪拌漿2-3，第三攪拌漿3-3，第四攪拌漿4-3，第五攪拌漿 5-3，第六攪拌漿6-3 ;第一溫度傳感器1-4，第二溫度傳感器2-4，第三溫度傳感器3_4，第四 溫度傳感器4-4，第五溫度傳感器5-4，第六溫度傳感器6-4)，箱蓋擱置在箱體上，加熱器、 攪拌器、溫度控制器分別設在箱蓋上(為了清楚地顯示結構，圖中未畫出箱蓋)；超聲波裝 置8的變幅杆裝在箱體內或裝在箱蓋上。6個反應室的排列方式是U形排列。 廢鉛膏連續超聲脫硫工藝，它包括如下步驟 1).取經測定其中S含量為5.8% (質量)的廢鉛膏1000g，化20)321(^連續加入 廢鉛膏中(Na離子與S離子的摩爾配比為2. 2 : 1)， 2).先按Na離子S離子為1.3 : 1，取Na2C03 (其餘的Na2C03分批次加入各反應 室)；將廢鉛膏、化20)3與水一起在製漿槽中製成固液重量比S/L = 3/4的流動性漿料； 3).在超聲波的條件下，將流動性漿料由第1反應室(或稱第1反應槽)內的下端 部進入第1反應室內加熱、攪拌； 然後從第1反應室的上端部溢流口排出，由第2反應室(或稱第2反應槽)內的 下端部進入第2反應室內加熱、攪拌； 依此連續流動完成反應和出料； 最後從第5反應室的上端部溢流口排出，由第6反應室(或稱第6反應槽)內的
下端部進入第6反應室內加熱、攪拌，從第6反應室的上端部出料口排出。 所述的超聲波的工作波頻設置在25 80kHz，功率為4. 5kw/m3料漿。 所述的加熱為第1反應室的溫度控制在40°C，第2、3、4反應室的溫度控制在
55 °C ，第5 、 6反應室的溫度控制在60 °C 。[0062] 各反應室(級)的攪拌速度可以獨立調節控制，第1、2、6反應室稍快些，在600轉 /min，第3、4、5反應室的轉速在300轉/min。 所述的第1、2反應室內流動性漿料停留時間為3min ;第3、4反應室內流動性漿料 停留時間為4min ;第5、6反應室內流動性漿料停留時間為10min。 所述的第1反應室內流動性漿料中的Na離子S離子為1. 3 : 1 ;第2、3反應室 內流動性漿料中的Na離子S離子為1. 5 : 1 ;第4反應室至第6反應室內流動性漿料中 的Na離子S離子為2.2 : 1 ;將碳酸鈉分批加入反應室內的料漿中。 所述的第1反應室內流動性漿料中的pH = 9 ;第2、3、4反應室內流動性漿料中的 pH = 8 ;第5、6反應室內流動性漿料中的pH = 7. 8 ;從第6反應室的上端部出料口排出的 料的pH控制在7.2。 從第6反應室的上端部出料口排出的料可以分成兩股流，一股去過濾為脫硫後的 鉛膏成品和液相去回收化2504;另一股作為由返混通道口 l-5返料回到第1反應室以改善 物流性質，返料控制在出料口排出的料的1/3。 將從第6反應室的上端部出料口排出的料過濾為脫硫後的鉛膏成品(固體物)取 出並測定S含量為0. 52% (質量)。 實施例2 : 廢鉛膏連續超聲脫硫裝置，它包括連續反應器和超聲波裝置；連續反應器包括箱 體、隔板、進料通道板、箱蓋、加熱器、攪拌器、溫度控制器，箱體內的空腔由隔板分隔成3個 反應室(或稱3個反應槽，即第1反應室，第2反應室，第3反應室；直形排列)；進料通道 板為U形，每一個反應室內固定有一進料通道板；第1反應室內的第一進料通道板與箱體固 定連接構成第一進料通道，第一進料通道的上端為進料口 ，第一進料通道的下端為出料口 ； 其餘進料通道板分別固定與反應室序號相鄰的隔板上構成進料通道(如第二進料通道板 固定第1反應室與第2反應室相鄰的隔板上)，進料通道的上端部的隔板上設有溢流口，溢 流口為進料通道的進料口，進料通道的下端為出料口，出料口位於反應室內的下端部；第3 個反應室的箱體上端部設有出料口 ；每個反應室內均設有加熱器、攪拌器的攪拌漿、溫度控 制器的溫度傳感器，箱蓋擱置在箱體上，加熱器、攪拌器、溫度控制器分別設在箱蓋上；超聲 波裝置的變幅杆裝在箱體內。
實施例3 : 廢鉛膏連續超聲脫硫裝置，它包括連續反應器和超聲波裝置；連續反應器包括箱 體、隔板、進料通道板、箱蓋、加熱器、攪拌器、溫度控制器，箱體內的空腔由隔板分隔成7個 反應室(即第1反應室，第2反應室，第3反應室，第4反應室，第5反應室，第6反應室，第 7反應室；如圖4所示，同心圓環間隔排列方式)；進料通道板為U形，每一個反應室內固定 有一進料通道板；第1反應室內的第一進料通道板與箱體固定連接構成第一進料通道，第 一進料通道的上端為進料口，第一進料通道的下端為出料口 ；其餘進料通道板分別固定與 反應室序號相鄰的隔板上構成進料通道(如第二進料通道板固定第1反應室與第2反應室 相鄰的隔板上)，進料通道的上端部的隔板上設有溢流口 ，溢流口為進料通道的進料口 ，進 料通道的下端為出料口，出料口位於反應室內的下端部；第7個反應室的箱體上端部設有 出料口 ；每個反應室內均設有加熱器、攪拌器的攪拌漿、溫度控制器的溫度傳感器，箱蓋擱 置在箱體上，加熱器、攪拌器、溫度控制器分別設在箱蓋上；超聲波裝置的變幅杆裝在箱蓋上。
權利要求廢鉛膏連續超聲脫硫裝置，其特徵在於它包括連續反應器和超聲波裝置；連續反應器包括箱體、隔板、進料通道板、箱蓋、加熱器、攪拌器、溫度控制器，箱體內的空腔由隔板分隔成n個反應室，所述的n為3～12；進料通道板為U形，每一個反應室內固定有一進料通道板；第1反應室內的第一進料通道板與箱體固定連接構成第一進料通道，第一進料通道的上端為進料口，第一進料通道的下端為出料口；其餘進料通道板分別固定在與反應室序號相鄰的隔板上構成進料通道，進料通道的上端部的隔板上設有溢流口，溢流口為進料通道的進料口，進料通道的下端為出料口，出料口位於反應室內的下端部；第n個反應室的箱體上端部設有出料口；每個反應室內均設有加熱器、攪拌器的攪拌漿、溫度控制器的溫度傳感器，箱蓋固定在箱體上，加熱器、攪拌器、溫度控制器分別設在箱蓋上；超聲波裝置的變幅杆裝在箱體內或裝在箱蓋上。
2. 根據權利要求1所述的廢鉛膏連續超聲脫硫裝置，其特徵在於所述的n為6。
3. 根據權利要求1所述的廢鉛膏連續超聲脫硫裝置，其特徵在於連續反應器的外形 為長方形或圓形。
專利摘要本實用新型涉及廢鉛膏脫硫裝置。廢鉛膏連續超聲脫硫裝置，其特徵在於它包括連續反應器和超聲波裝置；連續反應器包括箱體、隔板、進料通道板、箱蓋、加熱器、攪拌器、溫度控制器，箱體內的空腔由隔板分隔成n個反應室，所述的n為3～12；每一個反應室內固定有一進料通道板；每個反應室內均設有加熱器、攪拌器的攪拌槳、溫度控制器的溫度傳感器，箱蓋固定在箱體上，加熱器、攪拌器、溫度控制器分別設在箱蓋上；超聲波裝置的變幅杆裝在箱體內或裝在箱蓋上。該裝置具有生產成本低、佔地面積小、生產過程連續、效率高的特點。
文檔編號C22B7/00GK201505658SQ20092008470
公開日2010年6月16日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者張林鋒, 李志保, 李文歆, 熊祥祖, 王威, 魏世轅 申請人:武漢工程大學